CMOS圖像傳感器的低功耗研究與設(shè)計.pdf

1、本文的目標(biāo)是在提高動態(tài)范圍的基礎(chǔ)上對CMOS圖像傳感器(CMOS image sensor)進行了低功耗的研究與設(shè)計。 目前，圖像傳感器市場主要有CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器。CCD圖像傳感器由于其較高的填充因子FF(Fill Factor)和較低的固定模式躁聲FPN(Fix Pattern Noise)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但因其存在著多電壓，高功耗，低速度，難與CMOS集成等缺點，限制了它的應(yīng)用，特別是在要求低電壓低功

2、耗的移動設(shè)備中應(yīng)用。 而CMOS圖像傳感器正是因為這些優(yōu)點得到特別的關(guān)注，已經(jīng)占領(lǐng)了移動設(shè)備的市場，而移動通信設(shè)備基本上都是電池供電。因此功耗將成為CMOS圖像傳感器比較關(guān)注的一個問題。特別近幾年來，由于CMOS工藝大大提高，進入了深亞微米時代，管子尺寸越來越小，電源電壓相應(yīng)降低，集成程度越來越高，結(jié)果，更多的功能模塊將會集成到芯片里面，將允許芯片有更大的功能。因此在這些復(fù)雜的系統(tǒng)中，功耗的控制和優(yōu)化將會越來越難。尤其對于CMO

3、S圖像傳感器應(yīng)用在便攜中。 降低功耗可以通過選用較新的工藝或者降低電源電壓，然而，在實現(xiàn)CMOS有源像素圖像傳感器中，降低電源電壓會降低信號的擺幅，相應(yīng)地增加系統(tǒng)的噪聲，使得CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍變窄、信噪比變低，影響成像的質(zhì)量。 如何提高圖像傳感器的動態(tài)范圍而又滿足低功耗的應(yīng)用，是CMOS圖像傳感器設(shè)計中富有挑戰(zhàn)性的課題。本文從系統(tǒng)設(shè)計的角度來看它的低功耗設(shè)計，主要有工藝級、結(jié)構(gòu)級、電路級以及系統(tǒng)集成來實現(xiàn)。在文

4、章結(jié)構(gòu)上，本文首先分析了低功耗設(shè)計的重要性，然后論述了CMOS圖像傳感器和CCD的基本原理，接著對如何提高CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍進行了分析與設(shè)計，進行了像素單元電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字控制時序的低功耗研究與設(shè)計，最后，對其進行了仿真分析和驗證。 主要完成了以下工作： 1、對CMOS圖像傳感器如何提高動態(tài)范圍的各種方法進行了對比分析；設(shè)計了條件重置的像素單元電路，如果對其條件重置n次，那么可以提高圖像傳感器的